《混凝土結(jié)構(gòu)基本原理》詳解課件

1、第 2 章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能2. 鋼筋的基本力學(xué)性能；本章主要介紹： 1. 混凝土的基本力學(xué)性能； 3. 鋼筋與混凝土的共同工作性能。Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能2.1 混凝土的物理力學(xué)性能Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能2.1.2 單軸向應(yīng)力狀態(tài)下的混凝土強(qiáng)度強(qiáng)度：結(jié)構(gòu)材料所能承受的極限應(yīng)力。影響混凝土強(qiáng)度的因素內(nèi)因：水泥強(qiáng)度、骨料特性、級(jí)配、水灰比、成型方法、齡期、試件尺寸、形狀 等；外因：養(yǎng)護(hù)

2、環(huán)境、試驗(yàn)方法、受力狀態(tài)、加載速率等Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能1. 立方體抗壓強(qiáng)度和強(qiáng)度等級(jí)立方體抗壓強(qiáng)度 fcu (cube) （單位：N/mm2、MPa） 標(biāo)準(zhǔn)試件： 邊長為150mm的立方體 標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件：溫度203、相對(duì)濕度90、養(yǎng)護(hù)28天 標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法：標(biāo)準(zhǔn)加載速率、試件表面不涂油在上述條 件下測得的抗壓強(qiáng)度為 fcu?；炷翉?qiáng)度等級(jí) CXX混凝土的抗壓強(qiáng)度Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能 按立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fcu, k 劃分混凝土的強(qiáng)度等級(jí)，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50010

3、-2010規(guī)定有：C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80，共14個(gè)等級(jí)。CXX中的XX即為fcu, k ，單位為N/mm2。影響立方抗壓強(qiáng)度的因素壓力機(jī)墊板的摩擦 現(xiàn)象：壓力機(jī)墊板與混凝土試塊的彈性模量和橫向變形系數(shù)不同 而產(chǎn)生“套箍作用”Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能“套箍作用”對(duì)混凝土立方體抗壓強(qiáng)度的影響Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能 原因：試件受壓產(chǎn)生縱向壓縮、橫向膨脹，受壓試件的上 下表面受到墊板向內(nèi)的摩擦力，阻

4、礙試件橫向變 形，就如在試件上下端設(shè)置了一個(gè)“套箍”。破壞時(shí) 試件中部外圍混凝土的橫向變形受約束小，首先發(fā) 生剝落。 影響機(jī)理：“套箍作用”約束橫向變形限制裂縫開展 強(qiáng)度提高。 思考：如果試件的尺寸變?。ɑ蜃兇螅?，這種“套箍作用” 對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響變化？ 如果將試件的高度加大, 這種“套箍作用”對(duì)強(qiáng)度的 影響如何變化？ Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能混凝土立方體強(qiáng)度隨齡期的變化1在潮濕環(huán)境下；2在干燥環(huán)境下加載速度加載速度越快，測得強(qiáng)度越高（變形發(fā)展不充分）。齡期與環(huán)境條件齡期越長、環(huán)境越潮濕，強(qiáng)度越高（混凝土強(qiáng)度隨時(shí)間的增長有“先快后慢”

5、的規(guī)律）。Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能a) 軸心抗壓強(qiáng)度（棱柱體抗壓強(qiáng)度）fc (compression)標(biāo)準(zhǔn)試件：150mm 150mm 300mm的棱柱體標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法在上述條件下測得的抗壓強(qiáng)度為 fcb) 軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 fckc) 軸心抗壓強(qiáng)度的工程意義高寬比對(duì)試件的強(qiáng)度有影響標(biāo)準(zhǔn)棱柱體試件基本消除了壓力機(jī)墊板和附加偏心影響多數(shù)實(shí)際受壓構(gòu)件的幾何尺寸關(guān)系傾向于棱柱體3. 軸心抗壓強(qiáng)度Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能試件高寬比對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響返回Saturday, Ju

6、ly 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能a) 試驗(yàn)結(jié)果 試驗(yàn)值 f 0c 和 f 0cu 的統(tǒng)計(jì)平均值大致呈線性關(guān)系b) 規(guī)范公式（基于強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值）式中：a1 棱柱體與立方體抗壓強(qiáng)度之比（C50及以下取 0.76，C80取0.82，其間線性內(nèi)插） a2 高強(qiáng)混凝土的脆性折減系數(shù)（C40及以下取 1.0，C80取0.87，其間線性內(nèi)插） 0.88考慮實(shí)際構(gòu)件與試件間差異（制作、養(yǎng)護(hù)、 運(yùn)輸和受力條件等）引入的修正系數(shù)4. 軸心抗壓強(qiáng)度與立方體抗壓強(qiáng)度的關(guān)系Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能混凝土軸心抗壓強(qiáng)度與立方體抗壓強(qiáng)度的關(guān)系返

7、回Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能采用國家 美國、日本、歐洲混凝土協(xié)會(huì)（CEB）試件 直徑6in高12in（直徑152mm高305mm）的圓柱體f ck與 fcu,k 的換算關(guān)系式中：aC60以下0.79，C60取0.833，C70取0.857， C80取0.8755. 圓柱體試件的軸心抗壓強(qiáng)度 f cSaturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能a) 試驗(yàn)方法直拉試驗(yàn)、劈裂試驗(yàn)直拉與劈裂試驗(yàn)方法結(jié)果的比較劈拉強(qiáng)度略大于直拉強(qiáng)度；劈拉強(qiáng)度與試件尺寸有關(guān)；直拉強(qiáng)度受試件對(duì)中、局部粘結(jié)情況等因素影響較大，不易控制

8、。b) 試驗(yàn)結(jié)論混凝土軸心抗拉強(qiáng)度約為立方體抗壓強(qiáng)度的1/20 1/8，隨混凝土強(qiáng)度等級(jí)的提高，ft /fcu的比值下降。ftk與 fcu, k的關(guān)系 混凝土軸心抗拉強(qiáng)度 ft（tension）Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能混凝土軸心抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)返回Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能2.1.3 復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下混凝土的強(qiáng)度 平面應(yīng)力狀態(tài)Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能1. 平面主應(yīng)力狀態(tài)Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)

9、構(gòu)材料的物理力學(xué)性能 雙向受壓應(yīng)力狀態(tài)下 相互約束了橫向變形，受壓強(qiáng)度比單向受壓最可提高近30%。Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能拉壓應(yīng)力狀態(tài)下 拉應(yīng)力加大了另一向的受壓橫向變形，抗拉和抗壓強(qiáng)和抗壓強(qiáng)度均分別低于單軸抗拉、壓時(shí)的強(qiáng)度。Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能雙向受拉應(yīng)力狀態(tài)下 相互影響不大，強(qiáng)度與單軸向抗拉強(qiáng)度接近。Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能Kupfer曲線Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力

10、學(xué)性能雙向受壓應(yīng)力狀態(tài)下 相互約束了橫向變形受壓強(qiáng)度比單向受壓最 多可提高約30%。拉壓應(yīng)力狀態(tài)下 拉應(yīng)力加大了另一向的受壓橫向變形抗拉抗 壓強(qiáng)度均分別低于單軸向拉、壓時(shí)的強(qiáng)度。雙向受拉應(yīng)力狀態(tài)下 相互影響不大強(qiáng)度與單軸向抗拉強(qiáng)度接近。Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能主要特征a) 存在時(shí), 抗拉和抗壓強(qiáng)度均低于單軸向抗拉 f t 和抗壓強(qiáng)度 f cb) 壓應(yīng)力0.6 f c 時(shí)，抗剪強(qiáng)度隨壓應(yīng)力的增大（或軸向拉應(yīng)力的減小）而增大c) 壓應(yīng)力 0.6 f c 后，抗剪強(qiáng)度隨壓應(yīng)力的增大而減小d) 當(dāng)壓應(yīng)力或拉應(yīng)力 0時(shí)，抗剪強(qiáng)度 0.1 f c

11、2. 平面剪壓（或拉）應(yīng)力狀態(tài)Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能法向應(yīng)力和剪應(yīng)力組合的破壞曲線返回Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能2、三向受壓Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能側(cè)向壓應(yīng)力f L約束了混凝土的橫向變形，限制 了裂縫的形成和發(fā)展混凝土抗壓強(qiáng)度大大提高 。當(dāng)側(cè)向壓應(yīng)力f L較低時(shí)，上式中的側(cè)向壓應(yīng)力 系數(shù)值較高。當(dāng)側(cè)向壓應(yīng)力f L不很大時(shí)，f cc 的經(jīng)驗(yàn)公式為： f cc=f c +(4.57.0) f LSaturday, July 2

12、3, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能混凝土三軸應(yīng)力試驗(yàn)裝置返回Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能三軸應(yīng)力下的混凝土破壞面Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能混凝土三軸應(yīng)力下的拉壓子午面返回Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能2.1.4 混凝土的變形預(yù)備概念體積變形：硬化過程中的收縮及隨溫、濕度變化產(chǎn)生的變形。受力變形：一次短期加載、荷載長期作用或多次重復(fù)荷載作用下的變形。Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物

13、理力學(xué)性能1. 混凝土受壓應(yīng)力應(yīng)變曲線 a) 試驗(yàn)方法采用棱柱體試件，用具有伺服裝置的試驗(yàn)機(jī)獲得應(yīng)力應(yīng)變曲線的下降段。 短期單調(diào)加載下混凝土的變形性能Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能混凝土棱柱體受壓應(yīng)力應(yīng)變（s-e）曲線返回Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能受壓應(yīng)力應(yīng)變?nèi)€的特征上升段OA原點(diǎn)比例極限點(diǎn)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系接近直線，變形主要為骨料和水泥結(jié)晶體受力產(chǎn)生的彈性變形比例極限點(diǎn)應(yīng)力通常為0.30.4 fc(普通強(qiáng)度混凝土)AB比例極限點(diǎn)臨界點(diǎn)微裂縫穩(wěn)定擴(kuò)展階段, 應(yīng)變的增長速度超過應(yīng)力，應(yīng)力應(yīng)變

14、關(guān)系呈現(xiàn)一定的塑性特征臨界點(diǎn)應(yīng)力作為長期抗壓強(qiáng)度的依據(jù)，通常為0.70.8 fcBC臨界點(diǎn)應(yīng)力峰值點(diǎn)裂縫不穩(wěn)定擴(kuò)展階段，應(yīng)變快速增長，應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系呈現(xiàn)出顯著的塑性特征峰值應(yīng)力即 fc對(duì)應(yīng)的應(yīng)變c0.00150.0025，通常取 0.002Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能混凝土棱柱體受壓應(yīng)力應(yīng)變（s-e）曲線返回Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能下降段CD應(yīng)力峰值點(diǎn)拐點(diǎn)裂縫迅速發(fā)展，內(nèi)部結(jié)構(gòu)嚴(yán)重破壞，應(yīng)變?cè)鲩L不太大而應(yīng)力迅速下降，曲線形狀下凹，平均應(yīng)力強(qiáng)度顯著下降拐點(diǎn)下降段形態(tài)的關(guān)鍵特征點(diǎn)DE拐點(diǎn)收

15、斂點(diǎn)主要靠骨料咬合力、摩擦力和殘余承壓面承受壓力，應(yīng)力下降一定的情況下應(yīng)變?cè)鲩L較大，曲線形狀向上凹，應(yīng)變?cè)鲩L顯著收斂點(diǎn)曲率最大EF收斂段貫通主裂縫很寬，應(yīng)變較大，殘余平均應(yīng)力強(qiáng)度較低收斂段已無結(jié)構(gòu)意義Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能混凝土棱柱體受壓應(yīng)力應(yīng)變（s-e）曲線返回Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能高強(qiáng)混凝土單向受壓應(yīng)力應(yīng)變?nèi)€上升段的線性段隨著強(qiáng)度的增加而變大,可達(dá)到（0.70.9）fc；峰值應(yīng)變隨著強(qiáng)度的增加有所增大，通常取0.0025；混凝土強(qiáng)度越高，下降段形狀越陡，延性越差。Sa

16、turday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能加載速度對(duì)應(yīng)力應(yīng)變曲線的影響加載速度快 峰值應(yīng)力偏高，峰值應(yīng)變減小，下降段陡；加載速度慢 峰值應(yīng)力偏低，峰值應(yīng)變?cè)龃?，下降段平緩。Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能2. 混凝土單軸受壓應(yīng)力應(yīng)變曲線的數(shù)學(xué)模型E. Hognestad（美國）模型Rsch（德國）模型Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能c)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50010-2010 用于正截面承載力計(jì)算的簡化模型式中：（0大于等于0.002）（cu小于等于0.00

17、33）Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能3. 三向受壓狀態(tài)下混凝土的變形特點(diǎn)橫向壓應(yīng)力（約束）限制了裂縫的開展，混凝土的抗壓強(qiáng)度和延性均有顯著提高。約束效應(yīng)越強(qiáng)（橫向壓應(yīng)力越大），強(qiáng)度和延性的提高效果越明顯。主動(dòng)約束：如側(cè)向施加液體壓力。被動(dòng)約束：如箍筋、鋼管所提供的約束。Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能混凝土圓柱體三向受壓(主動(dòng)約束)時(shí)的軸向應(yīng)力應(yīng)變曲線返回Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能用螺旋筋約束的混凝土圓柱體的應(yīng)力應(yīng)變曲線返回Saturda

18、y, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能工程中采用的被動(dòng)約束方式Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能4. 混凝土的變形模量彈性材料：混凝土： 彈性模量 Ec 變形模量 （割線模量）Ec Ec= tg0 Ec = tg1 Ec = tgSaturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能a) 混凝土模量的表示方法 彈性模量Ec（原點(diǎn)模量） 應(yīng)力應(yīng)變曲線過原點(diǎn)切線的斜率：變形模量Ec（割線模量、彈塑性模量） 應(yīng)力應(yīng)變曲線上任意一點(diǎn)割線的斜率：切線模量Ec 曲線上任意一點(diǎn)切線的斜率：Saturda

19、y, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能變形模量不同表示方法之間的關(guān)系彈性模量：反映近似彈性狀態(tài)下的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系 割線模量：近似反映混凝土應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系 切線模量：反映某一應(yīng)力點(diǎn)應(yīng)力增量應(yīng)變?cè)隽筷P(guān)系對(duì)于給定的應(yīng)力應(yīng)變曲線，彈性模量不變，而割線模量和切線模量均隨應(yīng)力的增大而減小進(jìn)入彈塑性階段后，有：Ec E c EcSaturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能 Ec= tg0 Ec = tg1 Ec = tgSaturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能從應(yīng)力應(yīng)變（s-e）曲線上測定 Ec 有困難

20、規(guī)范方法： 棱柱體試件，應(yīng)力為 下，重復(fù)加載510次，殘余變形趨于穩(wěn)定,曲線 斜直線（平行于過原點(diǎn)的切線）根據(jù)實(shí)測值的統(tǒng)計(jì)分析, Ec 與 fcu,k 有下述關(guān)系：彈性模量 Ec 的測定Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能返回混凝土彈性模量 Ec 的測定方法Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能d) 混凝土軸向受拉時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系 具有如下特征：形狀與受壓時(shí)近似，亦可分為上升段和下降段應(yīng)力峰值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)變 e0t =7511510 6下降段比受壓更陡，混凝土強(qiáng)度越高，陡峭程度越大受拉彈性模量與受壓彈性模量

21、基本相等，即 Et EcSaturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能返回混凝土軸向受拉應(yīng)力應(yīng)變曲線（標(biāo)距100mm）Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能1. 徐變的概念及混凝土變形的組成徐變（又稱蠕變，creep）結(jié)構(gòu)或構(gòu)件承受的荷載或應(yīng)力不變，而應(yīng)變或變形隨時(shí)間增長的現(xiàn)象。長期荷載作用下混凝土變形的組成在荷載長期作用下混凝土的變形性能主要與混凝土的 徐變特性有關(guān)。加載時(shí)，瞬時(shí)應(yīng)變 （elastic）持荷時(shí)，徐變應(yīng)變卸荷時(shí)，瞬時(shí)恢

22、復(fù)應(yīng)變 荷載長期作用下混凝土的變形性能徐變系數(shù)彈性后效殘余應(yīng)變Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能返回混凝土徐變示意圖Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能2. 產(chǎn)生徐變的原因內(nèi)在原因：凝膠體的粘性流動(dòng)性質(zhì)環(huán)境原因：水泥水化作用程度應(yīng)力原因：微裂縫的不斷發(fā)展3. 影響徐變的因素時(shí)間因素荷載作用時(shí)間越長，徐變?cè)酱蟪跗谠鲩L較快，后期逐漸減慢，最后趨于穩(wěn)定應(yīng)力大小應(yīng)力越大，徐變?cè)酱?，反之越小線性徐變 非收斂徐變非線性徐變Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能返回混凝土

23、徐變示意圖Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能返回壓應(yīng)力與徐變的關(guān)系Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能返回不同應(yīng)力/強(qiáng)度比值的徐變時(shí)間曲線Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能加載時(shí)的齡期混凝土組成成分的影響水泥用量越大，徐變?cè)酱笏冶却螅熳兇蠊橇显綀?jiān)硬，徐變?cè)叫≈谱鳌B(yǎng)護(hù)條件的影響振搗充分，徐變?。火B(yǎng)護(hù)溫度高、濕度大，徐變小受荷環(huán)境條件的影響受荷環(huán)境溫度高、濕度低時(shí)，徐變大g) 構(gòu)件尺寸的影響h) 鋼筋用量的影響加載齡期越早，徐變?cè)酱髽?gòu)件尺寸大，徐變小配

24、筋率高，徐變小Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能返回骨料對(duì)徐變的影響Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能1. 基本概念疲勞破壞：混凝土在荷載重復(fù)作用下引起的破壞。疲勞破壞特征：裂縫小而變形大混凝土疲勞抗壓強(qiáng)度總是小于單調(diào)加載下的混凝土單軸抗壓強(qiáng)度 混凝土受重復(fù)荷載作用的變形（疲勞變形）Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能加載應(yīng)力小于fcf (fatigue)一次加、卸載形成封閉的環(huán)狀。多次加、卸載循環(huán)后，加、卸載環(huán)逐漸密合，最終密合成斜直線（測定彈性模量E

25、c）可加卸載幾百萬次不破壞。加載應(yīng)力大于fcf 應(yīng)力應(yīng)變曲線由凸向應(yīng)力軸逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樾敝本€，最后轉(zhuǎn)變?yōu)橥瓜驊?yīng)變軸，加、卸載不能形成封閉環(huán)。應(yīng)力應(yīng)變曲線傾角不斷減小，至荷載重復(fù)到某一次數(shù)時(shí)，混凝土因嚴(yán)重開裂或變形過大而導(dǎo)致破壞。2. 重復(fù)荷載下的應(yīng)力應(yīng)變曲線Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能返回混凝土在重復(fù)荷載作用下的應(yīng)力應(yīng)變曲線Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能疲勞抗壓強(qiáng)度的定義fcf 試驗(yàn)測定時(shí)采用100mm100mm300mm或150mm 150mm450mm的棱柱體能使棱柱體試件承受200萬次或

26、其以上循環(huán)荷載而發(fā)生破壞的壓應(yīng)力值稱為混凝土的疲勞抗壓強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fcf 、 ftf 的確定fcf 、 ftf 應(yīng)由混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（ fc 、 ft ）乘以相應(yīng)的疲勞強(qiáng)度修正系數(shù)gr確定gr的取值與疲勞應(yīng)力比值rcf 有關(guān)。gr隨rcf 的減小而降低3. 疲勞強(qiáng)度的確定Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 GB50010-2010 表4.1.4 強(qiáng)度種類 混凝土強(qiáng)度等級(jí)C15C20C25C30C35C40C45C50C55C60C65C70C75C80fc7.29.611.914.316.719.121.123.125.32

27、7.529.731.833.835.9ft0.911.101.271.431.571.711.801.891.962.042.092.142.182.22返回Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能1. 混凝土的收縮與膨脹 混凝土凝結(jié)硬化時(shí)在空氣中體積收縮有凝縮、干縮發(fā)生規(guī)律為：先快后慢最終的收縮值 0.00020.0005在水中體積膨脹通常收縮值遠(yuǎn)大于膨脹主要的影響因素有：水泥品種、水泥用量、骨料性質(zhì)、混凝土制作方法、養(yǎng)護(hù)條件、使用環(huán)境、構(gòu)件的體表比 混凝土的體積變形S

28、aturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能返回混凝土的收縮Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能 混凝土的溫度線膨脹系數(shù)為1.01.5105/a） 混凝土的強(qiáng)制應(yīng)力混凝土能自由收縮和溫度變形時(shí), 不會(huì)產(chǎn)生任何強(qiáng)制應(yīng)力只有在有約束條件下，混凝土的變形受到限制時(shí)才會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)制應(yīng)力構(gòu)件可能開裂舉例：.。2. 混凝土的溫度變形Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能2.2 鋼筋的物理力學(xué)性能2.2.1 鋼筋的品種與級(jí)別 常用鋼筋的品種及分類 按化學(xué)成分1. 碳素鋼根據(jù)含碳量的多少，

29、又可分為低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼含碳量越高，強(qiáng)度越高，但塑性和可焊性降低2. 普通低合金鋼合金元素使得鋼材的強(qiáng)度提高、性能改善應(yīng)嚴(yán)格控制有害成分硫（S，使鋼具有熱脆性）、磷（P使鋼具有冷脆性）Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能按鋼筋加工的方法1. 熱軋鋼筋（hot-rolled steel bar） 根據(jù)屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 fyk ，又可分為：HPB300級(jí)（級(jí)） 光圓 HRB335級(jí)（級(jí)） 月牙紋 HRBF335級(jí)（級(jí)） 月牙紋HRB400級(jí)（ 級(jí)） 月牙紋 HRBF400級(jí)（級(jí)） 月牙紋d) RRB400級(jí)（余熱處理 級(jí)，符號(hào)3R） 月牙紋e) H

30、RB500級(jí)（級(jí)） 月牙紋 HRBF500級(jí)（ 級(jí)） 月牙紋Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能熱軋鋼筋可再加工（如冷軋、熱處理）成其它品種的鋼筋2. 鋼絲（steel wire）3. 鋼鉸線（strand）4. 熱處理鋼筋（heat-treated steel bar）Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能冷軋帶肋鋼筋采用普通低碳鋼、優(yōu)質(zhì)碳素鋼或低合金鋼熱軋盤圓為母材，經(jīng)冷軋減徑后在其表面冷軋成具有三面或兩面月牙形橫肋的鋼

31、筋二面肋三面肋Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能冷軋帶肋鋼筋Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能冷軋帶肋鋼筋Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能 按鋼筋的外形1. 普通鋼筋 據(jù)其外形又可分為：光圓鋼筋（plain bar）如級(jí)鋼筋帶肋鋼筋（ribbed bar， ribbed reinforced bar ）如、級(jí)鋼筋（常又稱為變形鋼筋，deformed bar）肋紋可以是：人字紋、螺紋、月牙紋、竹節(jié)紋2. 勁性鋼筋（各種型鋼、鋼軌、或型鋼與鋼筋焊成的骨架

32、）Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能采用級(jí)鋼筋的剪力墻Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能級(jí)鋼筋盤圓Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能月牙紋鋼筋返回Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能屈服臺(tái)階BC 應(yīng)力基本不變，應(yīng)變急速增長。強(qiáng)化段CD 應(yīng)變?cè)鲩L較快，應(yīng)力有一定幅度的增長。極限應(yīng)力點(diǎn)D是確定極限強(qiáng)度的依據(jù)。上升段OA 應(yīng)力和應(yīng)變成比例變化，A點(diǎn)為比例極限。 通過鋼筋的應(yīng)力應(yīng)變曲線描述 有明顯屈服點(diǎn)（流幅）的鋼

33、筋，即軟鋼主要是指：熱軋鋼筋（低碳鋼、低合金鋼）1. 應(yīng)力應(yīng)變曲線的主要特征 2.2.2 鋼筋的強(qiáng)度與變形頸縮段DE 應(yīng)力下降，應(yīng)變?nèi)匀辉鲩L，出現(xiàn)頸縮現(xiàn)象。b）上升段AB A點(diǎn)以后 ，應(yīng)變較應(yīng)力增長快。B點(diǎn)為屈服上限，其值通常不穩(wěn)定；B點(diǎn)為屈服下限，它是確定屈服強(qiáng)度的依據(jù)。Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能2. 屈服強(qiáng)度 fy鋼筋屈服后，會(huì)產(chǎn)生過大的塑性變形，構(gòu)件產(chǎn)生不適于繼續(xù)承載的過大變形或過寬的裂縫，故在鋼筋屈服強(qiáng)度的確定時(shí)不能利用鋼筋強(qiáng)化段的能力。3. 伸長率和冷彎性能均勻伸長率鋼筋最大應(yīng)力（ fu）下的伸長值與原長的比率：冷彎性能 將直徑

34、為d的鋼筋按一定彎心直徑D彎曲到規(guī)定的角度設(shè)計(jì)取用的應(yīng)力值，強(qiáng)度指標(biāo)鋼筋的塑性變形能力Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能4. 強(qiáng)度等級(jí)的劃分300級(jí)、335級(jí)、400級(jí)、500級(jí)強(qiáng)度等級(jí)提高屈服強(qiáng)度、極限抗拉強(qiáng)度增長，伸長率和流幅降低，彈性模量變化不大Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能高碳鋼制成的鋼絲、鋼鉸線；熱處理鋼筋1. 典型的應(yīng)力應(yīng)變曲線 主要特征：無明顯屈服點(diǎn)、塑性性能相對(duì)差。以極限應(yīng)力點(diǎn)b為界，分成上升段 和下降段。2. 條件屈服點(diǎn)b 極限抗拉強(qiáng)度b 的 85（設(shè)計(jì)取用的應(yīng)力上限值），對(duì)應(yīng)

35、的殘余應(yīng)變?yōu)?0.2 =0.2。 無明顯屈服點(diǎn)的鋼筋，即硬鋼Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能1. 冷拉冷拉工藝?yán)淅Ч惶岣呖估瓘?qiáng)度，不提高抗壓強(qiáng)度溫度超過700時(shí)，冷拉鋼筋恢復(fù)到冷拉前的性能。冷拉硬化：冷拉后，鋼筋屈服強(qiáng)度提高，塑性下降的現(xiàn)象。時(shí)效強(qiáng)化：經(jīng)過一段時(shí)間后，鋼筋屈服應(yīng)力超過張拉控制應(yīng)力的現(xiàn)象。 鋼筋的冷加工Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能冷拔工藝 以級(jí)光園鋼筋為母材，將其多次強(qiáng)力拉拔通過小于鋼筋直徑的硬質(zhì)合金拔絲模而成。冷拔效果鋼筋同時(shí)受到縱向拉力和軸向壓力的作用。不僅提高抗拉強(qiáng)度

36、，還同時(shí)提高抗壓強(qiáng)度。強(qiáng)度大大提高，塑性大大降低。冷拔絲呈硬鋼性質(zhì)。2. 冷拔Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能 雙直線模型適用于流幅較長的低強(qiáng)度鋼筋理想的彈塑性模型2.2.3 鋼筋應(yīng)力應(yīng)變曲線的數(shù)學(xué)模型Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能適用于流幅較短的軟鋼理想的彈塑性模型加硬化2、三折線模型Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能適用于沒有明顯流幅的高強(qiáng)鋼筋或鋼絲3、雙折線模型Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性

37、能1、疲勞破壞的現(xiàn)象及原因現(xiàn)象：在重復(fù)、周期的動(dòng)荷載作用下，突然脆性斷裂原因：材料缺陷導(dǎo)致應(yīng)力集中，在高應(yīng)力狀態(tài)下由于晶?；飘a(chǎn)生疲勞裂紋，最終造成斷裂2、鋼筋的疲勞強(qiáng)度 在某一規(guī)定應(yīng)力幅度內(nèi)，經(jīng)受200萬次循環(huán)荷載后發(fā)生疲勞破壞的最大應(yīng)力值疲勞強(qiáng)度低于一次拉伸的強(qiáng)度2.2.4 鋼筋的疲勞Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能3、疲勞強(qiáng)度的試驗(yàn)方法單根原狀鋼筋軸拉試驗(yàn)（規(guī)范方法）埋入混凝土中重復(fù)受拉或受彎試驗(yàn)4、影響疲勞強(qiáng)度的因素疲勞應(yīng)力比值最小應(yīng)力值鋼筋外表面幾何尺寸和形狀鋼筋的直徑鋼筋的強(qiáng)度鋼筋的加工和使用的環(huán)境加載的頻率Saturday, Ju

38、ly 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能1、鋼筋的強(qiáng)度（屈服強(qiáng)度、極限強(qiáng)度） 要求強(qiáng)度相對(duì)值強(qiáng)屈比1.25，以保證鋼筋有足夠的潛力，不致于迅速斷裂2、塑性（延伸率和冷彎性能） 保證結(jié)構(gòu)/構(gòu)件的延性3、可焊性 焊接后不產(chǎn)生裂紋及過大變形，其強(qiáng)度應(yīng)不低于母材4、耐火性 混凝土保護(hù)層厚度根據(jù)鋼筋品種，滿足耐火等級(jí)要求5、鋼筋與混凝土的粘結(jié)力 與混凝土之間必須有足夠的粘結(jié)力，保證共同工作2.2.5 混凝土結(jié)構(gòu)對(duì)鋼筋的要求Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能2.3 混凝土與鋼筋的粘結(jié)2.3.1 粘結(jié)的意義（1）意義 鋼筋和混凝土形成整體、共

39、同工作的基礎(chǔ)（2）實(shí)質(zhì) 鋼筋與混凝土接觸面上產(chǎn)生的沿鋼筋縱向的剪應(yīng)力（粘結(jié)應(yīng)力）Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能（3）裂縫間的局部粘結(jié)應(yīng)力 開裂截面混凝土退出工作，鋼筋拉應(yīng)力突增。 裂縫兩側(cè)混凝土回縮受到局部粘結(jié)應(yīng)力阻止。局部粘結(jié)的喪失會(huì)影響構(gòu)件的剛度降低和裂縫開展返回Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能（4）鋼筋端部的錨固粘結(jié)應(yīng)力 在控制截面處，須充分利用鋼筋的設(shè)計(jì)強(qiáng)度。 為此，鋼筋必須從控制截面向前延伸一段長度，以

40、積累足夠的粘結(jié)應(yīng)力。 與此類似，鋼筋伸入支座必須有一定的錨固長度，否則將發(fā)生錨固破壞?？刹扇′摻疃瞬考訌濄^、彎折，或在錨固區(qū)貼焊短鋼筋、貼焊角鋼的方法來提高錨固能力。返回Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能1、光圓鋼筋與混凝土間粘結(jié)力的組成（1）膠結(jié)力 即鋼筋與混凝土接觸面上的化學(xué)吸附作用，它來源于：水泥漿體對(duì)鋼筋表面氧化層的滲透水化過程中水泥晶體的生長和硬化 其作用一般很?。?）摩阻力混凝土收縮時(shí)對(duì)鋼筋產(chǎn)生握裹力有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢或相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生摩阻力 鋼筋表面越粗糙，摩阻力越大（3）機(jī)械咬合力 因鋼筋表面凹凸不平而產(chǎn)生2.3.2 粘結(jié)力的組成（粘結(jié)

41、機(jī)理）Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能2、變形鋼筋與光圓鋼筋粘結(jié)力的異同粘結(jié)力的組成因素相同光圓鋼筋的粘結(jié)力主要由膠結(jié)力和摩阻力提供變形鋼筋的粘結(jié)力主要由機(jī)械咬合力提供變形鋼筋肋部對(duì)四周的擠壓力混凝土中產(chǎn)生徑向拉應(yīng)力劈裂型粘結(jié)破壞或剪切型粘結(jié)破壞Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能1、試驗(yàn)方法2、平均粘結(jié)應(yīng)力 直接拔出試驗(yàn)2.3.3 粘結(jié)強(qiáng)度Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能3、粘結(jié)應(yīng)力和相對(duì)滑移S的關(guān)系不同強(qiáng)度混凝土的粘結(jié)應(yīng)力和相對(duì)滑移Saturda

42、y, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能a）混凝土強(qiáng)度 粘結(jié)強(qiáng)度u與混凝土抗拉強(qiáng)度 ft 大致成正比 式中，k1 常數(shù)b）相對(duì)保護(hù)層厚度對(duì)變形鋼筋，若保護(hù)層較薄，容易發(fā)生沿鋼筋的劈裂破壞限制相對(duì)保護(hù)層厚度不小于一定的限值，可對(duì)混凝土劈裂破壞的發(fā)生起到一定控制作用相對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度與相對(duì)保護(hù)層厚度的平方根成正比 式中，k2常數(shù)；c保護(hù)層厚度；d鋼筋直徑2.3.4 影響粘結(jié)強(qiáng)度的因素Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能c）鋼筋的凈距鋼筋間凈距越小，粘結(jié)強(qiáng)度降低越多容易產(chǎn)生水平劈裂裂縫d）橫向鋼筋的數(shù)量橫向鋼筋可以限制混凝土內(nèi)部裂縫

43、的發(fā)展，防止保護(hù)層脫落，并保證后期粘結(jié)強(qiáng)度e）橫向約束應(yīng)力（壓應(yīng)力）橫向壓應(yīng)力約束了混凝土的橫向變形，增大了摩阻力粘結(jié)強(qiáng)度提高Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能f）澆筑時(shí)鋼筋所處位置水平鋼筋下方的混凝土可能出現(xiàn)沉淀收縮和離析泌水，氣泡溢出。則容易形成強(qiáng)度較低的疏松空隙層削弱粘結(jié)作用g) 鋼筋表面的形狀變形鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度大于光圓鋼筋Saturday, July 23, 2022第2章 混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能1、保證粘結(jié)的構(gòu)造措施目前尚無關(guān)于粘結(jié)力的計(jì)算理論規(guī)范采用構(gòu)造措施保證混凝土與鋼筋的粘結(jié)性能a）保證最小搭接長度和錨固長度；b) 滿足鋼筋最小凈距和混凝土最小保護(hù)層厚度要求；c) 必要部位加密箍筋（如搭接區(qū)）；d) 光圓鋼筋端部設(shè)置彎鉤以增強(qiáng)粘結(jié)能力；